CN110067010A - 一种铜粉制备装置及制备方法 - Google Patents

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安娟
向小艳
尹建国
杨文强
任兵芝
王宏丹
周雪娇
刘凯
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Abstract

本发明提供一种铜粉制备装置及制备方法，装置包括电解反应槽和设置在电解反应槽中的铜阴极转鼓，相对铜阴极转鼓的一侧的电解反应槽中设置有可溶性铜阳极板，相对铜阴极转鼓的另一侧设置有铜粉冲刷装置，靠近铜粉冲刷装置的一侧的下方设置有与电解反应槽相连的铜粉收集槽，电解反应槽的一侧设置有进液口，铜粉收集槽的一侧设置有出液口，在铜粉收集槽的下端还设置有铜粉收集口。其效果是：通过对电解槽的结构以及阳极和阴极的安装方式进行改进，能够实现阴极转鼓上铜粉的自动刮除，刮粉速度可控，避免刮粉时间控制不均导致铜粉粗细不同，粒度可控，松装比小、比表面积大的铜粉，并且实现了连续制粉，大幅度提升生产效率。

Description

一种铜粉制备装置及制备方法
技术领域
本发明涉及到冶金工业中的电解铜技术，具体涉及到一种铜粉制备装置及制备方法。
背景技术
微细金属粉末作为一种新兴的材料，受到人们广泛的关注，并产生了许多制备设备和制备方法。电解法制备的粉末纯度高、压制性能好、粒度容易控制，而且可以得到其它方法难以制备的微细金属粉末，因此已经得到了行业的关注。
常规的电解生产过程中，常常需要周期性地刮粉，刮粉时间的不一致，阴极板上的金属粉末的粗细程度也不一致，从而难以得到更为细小且均匀、松装比小、比表面积大的铜粉的粉末。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明首先提出一种铜粉制备装置，通过对铜粉电解装置的结构进行改进，利用阴极转鼓和铜粉冲刷装置相配合，使其能够适应不同粒度的铜粉生产，控制更加方便。
为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
一种铜粉制备装置，其关键在于：包括电解反应槽和设置在电解反应槽中的铜阴极转鼓，相对所述铜阴极转鼓的一侧的电解反应槽中设置有可溶性铜阳极板，相对所述铜阴极转鼓的另一侧设置有铜粉冲刷装置，靠近所述铜粉冲刷装置的一侧的下方设置有与所述电解反应槽相连的铜粉收集槽，所述电解反应槽的一侧设置有进液口，所述铜粉收集槽的一侧设置有出液口，在所述铜粉收集槽的下端还设置有铜粉收集口。
可选地，所述铜粉收集槽由多个并行设置的锥形槽体构成，其下端呈漏斗状，在每个锥形槽体中均设置有用于实现旋流沉淀的旋流桨，在铜粉收集槽的上端还设置有用于驱动所述旋流桨转动的变速电机。
可选地，所述铜阴极转鼓为圆筒状，其中心转轴在变频电机的带动下匀速转动。
可选地，所述可溶性铜阳极板为倾斜设置的矩形板。
可选地，所述可溶性铜阳极板为与所述阴极转鼓相对设置的弧形板。
可选地，所述铜阴极转鼓的鼓芯为塑料辊筒，在所述塑料辊筒的表面套有圆柱状的铜管。
可选地，所述铜粉冲刷装置为尼龙刷、毛刷或/和喷水管，所述尼龙刷、毛刷或/和喷水管设置在支撑座上，所述支撑座与所述电解反应槽的槽壁上设置有位置调节机构。
可选地，所述电解反应槽下端的前表壁和后表壁倾斜设置，底部设置有电解液排放口。
为了进一步实现铜粉的制备，本发明还提出一种铜粉制备方法，其关键在于：在电解反应槽中设置铜阴极转鼓，相对所述铜阴极转鼓的一侧设置有可溶性铜阳极板，相对所述铜阴极转鼓的另一侧设置有铜粉冲刷装置；铜阴极转鼓与可溶性铜阳极板之间的间隙为15～25cm；所述铜阴极转鼓按照线速度为0.2～0.5米/小时转动；电解液按照铜离子浓度为4～6g/L，硫酸浓度为1.3～1.5mol/L配置；电解电流密度设置在1500～1600A/m2；电解液温度为40～50℃；电解液的进液速度为60～90L/小时，通过靠近所述铜粉冲刷装置的一侧的下方设置与所述电解反应槽相连的铜粉收集槽实现铜粉的收集。
可选地，所述铜粉收集槽的槽体呈漏斗状，且采用旋流沉淀实现铜粉的收集。
本发明的显著效果是：
通过对电解槽的结构以及阳极和阴极的安装方式进行改进，能够实现阴极转鼓上铜粉的自动刮除，刮粉速度可控，避免刮粉时间控制不均导致铜粉粒度粗细不同，粒度可控，松装比小、比表面积大的铜粉，并且实现了连续制粉，大幅度提升生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明具体实施例1的结构示意图；
图2为本发明具体实施例2的结构示意图；
图3为本发明具体实施例3的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明所述技术方案的保护范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种铜粉制备装置，包括电解反应槽1和设置在电解反应槽1中的铜阴极转鼓2，相对所述铜阴极转鼓2的一侧的电解反应槽1中设置有可溶性铜阳极板3，相对所述铜阴极转鼓2的另一侧设置有铜粉冲刷装置4，靠近所述铜粉冲刷装置4的一侧的下方设置有与所述电解反应槽1相连的铜粉收集槽5，所述电解反应槽1的一侧设置有进液口6，所述铜粉收集槽5的一侧设置有出液口7，在所述铜粉收集槽5的下端还设置有铜粉收集口8。
通过图1可以看出，本实施例中的可溶性铜阳极板3为倾斜设置的矩形板，采用纯铜板制成，铜阴极转鼓2为圆筒状，其中心转轴在变频电机的带动下匀速转动，具体实施时，铜阴极转鼓2的鼓芯为塑料辊筒，在所述塑料辊筒的表面套有圆柱状的铜管。在通电状态下，可溶性铜阳极板3上的铜离子溶入电解液中并朝铜阴极转鼓2的表面移动，在铜阴极转鼓2的表面形成铜粉，随着铜阴极转鼓2的转动，表面的铜粉分布相对均匀，在铜粉冲刷装置4的作用下，形成的铜粉能够被即时的冲刷至铜粉收集槽5中，通过定期的从铜粉收集口8可以获取铜粉浆，经过后续工艺的处理，即可得到粒度均匀的微细的铜粉。
为了便于刷粉，本实施例中的铜粉冲刷装置4为尼龙刷，所述尼龙刷设置在支撑座上，所述支撑座与所述电解反应槽1的槽壁上设置有位置调节机构13。通过调节机构13可以调节铜粉冲刷装置4与铜阴极转鼓2之间的相对距离，从而调整刷粉的粒度，适应不同粗细铜粉的制备。
为了方便电解反应槽1的清洗，所述电解反应槽1下端的前表壁和后表壁倾斜设置，底部设置有电解液排放口11。
实施例2：
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于铜粉冲刷装置4为喷水管，通过喷水管循环喷出电解液，利用高压溶液的冲击力，冲涮铜阴极转鼓2表面的铜粉使其沉入铜粉收集槽5中，同样能够达到实施例1的效果。
实施例3：
如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，可溶性铜阳极板3为与所述铜阴极转鼓2相对设置的弧形板，这样进一步增加了可溶性铜阳极板3与铜阴极转鼓2之间的有效面积，为了便于铜粉的收集，所述铜粉收集槽5由多个并行设置的锥形槽体构成，其下端呈漏斗状，在每个锥形槽体中均设置有用于实现旋流沉淀的旋流桨10，在铜粉收集槽5的上端还设置有用于驱动所述旋流桨10转动的变速电机9。具体实施时，相邻两个锥形槽体之间通过隔板分隔，且在隔板上开设有供电解液流通的条形口12，为了便于旋流沉淀，条形口12相对所述旋流桨10设置，使其流入的液体切向进入所述旋流桨10中，在旋流桨10的带动下，相对清洁的电解液从锥形槽体另一侧的出液口排出，铜粉则沉淀至铜粉收集槽5下端，经过多级沉淀后，能够实现铜粉的全部回收。
基于上述的各种装置的实施方式，下面进一步对其制备方法进行描述，本发明提出的一种铜粉制备方法，在电解反应槽中设置铜阴极转鼓，相对所述铜阴极转鼓的一侧设置有可溶性粗铜阳极板，相对所述铜阴极转鼓的另一侧设置有铜粉冲刷装置，所述铜粉收集槽的槽体呈漏斗状，且采用旋流沉淀实现铜粉的收集。
基于上述实施例中的结构，下面通过3个具体的实验进一步验证本发明的有效性。
实验1：
电解液按照铜离子浓度为4g/L，硫酸浓度为1.5mol/L，温度为50℃设置，铜阴极转鼓按照线速度为0.5米/小时匀速转动，铜阴极转鼓与可溶性铜阳极板之间的极距为20厘米，电解液的进液速度为60L/小时，电解电流密度设置在1500A/m2的条件下，采用阳极有效尺寸为15cm*15cm，阴极有效尺寸为15cm*15cm，经电解得到的超细铜粉90％粒度为小于1.5um，形貌为菜花状，松装密度为0.67g/cm3，比表面积2980cm2/g。
实验2：
电解液按照铜离子浓度为15g/L，硫酸浓度为1.4mol/L，温度为50℃设置，铜阴极转鼓按照线速度为0.5米/小时匀速转动，铜阴极转鼓与可溶性铜阳极板之间的极距为20厘米，电解液的进液速度为60L/小时，电解电流密度设置在1500A/m2的条件下，采用阳极有效尺寸为15cm*15cm，阴极有效尺寸为15cm*15cm，得到的超细铜粉90％粒度小于1.5um，形貌为树枝状，松装密度为0.52g/cm3，比表面积3054cm2/g。
实验3：
电解液按照铜离子浓度为10g/L，硫酸浓度为1.3mol/L，温度为40℃设置，铜阴极转鼓按照线速度为0.2米/小时匀速转动，铜阴极转鼓与可溶性铜阳极板之间的极距为20厘米，电解液的进液速度为90L/小时，电解电流密度设置在1600A/m2的条件下，采用阳极有效尺寸为15cm*15cm，阴极有效尺寸为15cm*15cm，得到的超细铜粉90％粒度为1.5-2.3um，形貌为树枝状，松装密度为0.72g/cm3，比表面积3160cm2/g。
可以看出，在上述各个实验中，均得到了微米级的超细铜粉，但是随着电解液中铜离子浓度的改变、铜阴极转鼓线速度的改变、电解电流密度的改变以及电解液进液速度的改变，其得到的铜粉形状均有所不同。本发明通过对制备装置和制备方法进行改进，为不同等级的铜粉制备提供了新的研究方向，使其能够适应全自动化连续生产，有效提升铜粉制备的生成效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种铜粉制备装置，其特征在于：包括电解反应槽和设置在电解反应槽中的铜阴极转鼓，相对所述铜阴极转鼓的一侧的电解反应槽中设置有可溶性铜阳极板，相对所述铜阴极转鼓的另一侧设置有铜粉冲刷装置，靠近所述铜粉冲刷装置的一侧的下方设置有与所述电解反应槽相连的铜粉收集槽，所述电解反应槽的一侧设置有进液口，所述铜粉收集槽的一侧设置有出液口，在所述铜粉收集槽的下端还设置有铜粉收集口。
2.根据权利要求1所述的铜粉制备装置，其特征在于：所述铜粉收集槽由多个并行设置的锥形槽体构成，其下端呈漏斗状，在每个锥形槽体中均设置有用于实现旋流沉淀的旋流桨，在铜粉收集槽的上端还设置有用于驱动所述旋流桨转动的变速电机。
3.根据权利要求1或2所述的铜粉制备装置，其特征在于：所述铜阴极转鼓为圆筒状，其中心转轴在变频电机的带动下匀速转动。
4.根据权利要求3所述的铜粉制备装置，其特征在于：所述可溶性铜阳极板为倾斜设置的矩形板。
5.根据权利要求3所述的铜粉制备装置，其特征在于：所述可溶性铜阳极板为与所述铜阴极转鼓相对设置的弧形板。
6.根据权利要求1所述的铜粉制备装置，其特征在于：所述铜阴极转鼓的鼓芯为塑料辊筒，在所述塑料辊筒的表面套有圆柱状的铜管。
7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的铜粉制备装置，其特征在于：所述铜粉冲刷装置为尼龙刷、毛刷或/和喷水管，所述尼龙刷、毛刷或/和喷水管设置在支撑座上，刷粉速度通过变频电机控制，所述支撑座与所述电解反应槽的槽壁上设置有位置调节机构。
8.根据权利要求7所述的铜粉制备装置，其特征在于：所述电解反应槽下端的前表壁和后表壁倾斜设置，底部设置有电解液排放口。
9.一种铜粉制备方法，其特征在于：在电解反应槽中设置铜阴极转鼓，相对所述铜阴极转鼓的一侧设置有可溶性铜阳极板，相对所述铜阴极转鼓的另一侧设置有铜粉冲刷装置；铜阴极转鼓与可溶性铜阳极板之间的间隙为15～25cm；所述铜阴极转鼓按照线速度为0.2～0.5米/小时转动；电解液按照铜离子浓度为4～6g/L，硫酸浓度为1.3～1.5mol/L配置；电解电流密度设置在1500～1600A/m2；电解液温度为40～50℃；电解液的进液速度为60～90L/小时，通过靠近所述铜粉冲刷装置的一侧的下方设置与所述电解反应槽相连的铜粉收集槽实现铜粉的收集。
10.如权利要求9所述的铜粉制备方法，其特征在于：所述铜粉收集槽的槽体呈漏斗状，且采用旋流沉淀实现铜粉的收集。
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